KR20110029907A - 모형선박의 축 기진력 계측장치 - Google Patents

모형선박의 축 기진력 계측장치 Download PDF

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Abstract

모형선박의 축 기진력 계측장치가 개시된다. 구동부와, 구동부에 제1 단부가 연결된 메인축과, 메인축의 제2 단부에 일단부가 연결되고 메인축의 중심축 방향의 모멘트의 크기 및 메인축의 중심축 방향에 각각 수직이면서 서로 수직인 두 축방향의 모멘트 각각의 크기와, 서로 수직인 두 축방향의 힘 각각의 크기를 감지하는 제1 센싱부와, 제1 센싱부의 타단부에 일단부가 결합되고 타단부에 프로펠러가 결합되어 메인축의 중심축 방향의 힘의 크기를 감지하는 제2 센싱부를 포함하는 모형선박의 축 기진력 계측장치를 제공함으로써, 축계에 작용하는 6방향의 힘을 모두 측정할 수 있고, 데이터의 전송에 무선통신을 이용하여 기계적 접촉을 최소화함으로써 측정 오차가 감소되며, 축계를 한 쌍의 베어링으로 지지함으로써 진동의 발생을 최소화 할 수 있다.
기진력, 축계, 모형선박, 선형시험

Description

모형선박의 축 기진력 계측장치{MEASURING DEVICE OF BEARING FORCES AND PROPELLER SHAFT MOMENTS FOR MODEL SHIP}
본 발명은 모형선박의 축 기진력(起振力) 계측장치에 관한 것으로, 프로펠러를 회전시키는 축에 가해지는 6방향의 힘을 정밀하게 측정할 수 있는 모형선박의 축 기진력 계측장치에 관한 것이다.
선박의 대표적인 추진장치인 프로펠러가 설치되는 축계에는 구동축, 메인축, 프로펠러축 등이 포함된다. 축계에는 프로펠러 및 축계의 자중, 프로펠러가 내는 추력 및 회전력, 프로펠러에 유입되는 불균일한 후류에 의해서 발생되는 횡방향 힘과 굽힘 모멘트 성분이 작용하게 된다.
이는 축계를 중심으로 가상의 수평면을 기준으로 보았을 때, 프로펠러의 상부 및 하부 각각에서 물이 유입되는 속도 및 방향이 서로 다르고, 선박이 선회를 할 경우에도 프로펠러의 좌측 및 우측 각각에서 물이 유입되는 속도 및 방향이 다르기 때문에 발생된다.
이러한 횡방향 힘 및 굽힘 모멘트 성분에 의해 축계를 지지하는 베어링에는 하중이 작용하게 되는데, 이는 선박이 선회할 경우 더욱 크게 작용하고, 축계 또는 베어링에 기진력으로 작용하여 파손을 야기하므로, 대형 사고의 원인이 될 수 있다.
선박이 대형화 될수록 축계에 걸리는 하중 또한 증가된다. 따라서, 선박의 건조 전에 행해지는 선형시험(船型試驗)에서 베어링에 작용되는 하중 및 축계에 작용되는 모멘트를 사전에 파악하여, 선박의 설계에 이를 반영하는 것이 매우 중요하게 되었다.
그런데, 베어링에 작용되는 하중 및 축계에 작용되는 모멘트는 주로 수치적인 계산에 의존하고 있는 실정이므로, 선형시험에서 축계에 작용되는 하중 및 모멘트를 정밀하게 실측해 볼 수 있는 장비가 필요한 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 필요에 의해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 모형선박의 축에 작용하는 6방향의 횡방향의 힘 모두를 정밀하게 계측할 수 있는 모형선박의 축 기진력 계측장치를 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 구동부와, 구동부에 제1 단부가 연결된 메인축과, 메인축의 제2 단부에 일단부가 연결되고 메인축의 중심축 방향의 모멘트의 크기 및 메인축의 중심축 방향에 각각 수직이면서 서로 수직인 두 축방향의 모멘트 각각의 크기와, 서로 수직인 두 축방향의 힘 각각의 크기를 감지하는 제1 센싱부와, 제1 센싱부의 타단부에 일단부가 결합되고 타단부에 프로펠러가 결합되어 메인축의 중심축 방향의 힘의 크기를 감지하는 제2 센싱부를 포함하는 모형선박의 축 기진력 계측장치가 제공된다.
제1 센싱부는, 메인축의 제2 단부에 연결된 하판부와, 제2 센싱부의 일단부에 결합된 상판부와, 각각의 횡단면은 직사각형이고, 직사각형의 단변측면이 중심방향을 향하도록 방사상으로 배치되며, 하판부 및 상판부를 연결하는 네 개의 사각기둥부와, 네 개의 사각기둥부의 직사각형의 장변측면에 각각 부착된 복수의 스트레인 게이지를 포함할 수 있다.
여기서, 복수의 스트레인 게이지는 네 개의 사각기둥부 각각의 하단부에 서로 인접하게 두 개, 중간부분에 한 개, 상단부에 한 개가 부착될 수 있다.
제2 센싱부는, 제1 센싱부의 타단부에 결합된 중공원통형의 림부와, 프로펠러 및 림부의 내주면을 연결하는 열십자 형상의 박판부가 형성되고, 박판부의 열십자 형상의 가장자리 부분의 양면에 각각 부착된 여덟 개의 스트레인 게이지를 포함할 수 있다.
모형선박의 축 기진력 계측장치에는, 메인축에 결합된 데이터 송신부를 더 포함하고, 메인축의 중심부에는 데이터 송신부가 결합된 부분으로부터 메인축의 타단부까지 통공이 형성되며, 하판부 및 상판부 각각의 중심부에는 메인축의 축방향으로 통공이 형성되어, 스트레인 게이지들 및 데이터 송신부가 통공들을 통하여 서로 유선으로 연결될 수 있다.
데이터 송신부에는, 스트레인 게이지들 각각의 신호를 증폭하는 증폭기와, 증폭기에 의해 증폭된 아날로그 신호를 표시하는 표시장치와, 증폭된 아날로그 신 호를 디지털 신호로 변환하는 A/D컨버터와, 디지털 신호를 전자기파로 변환하여 무선 송신하는 송신기가 포함된다.
이때, 모형선박의 축 기진력 계측장치에는, 송신기가 발하는 전자기파를 수신하여 디지털 신호로 변환하는 수신기와, 디지털 신호를 저장 및 분석하는 컴퓨터를 포함하는 데이터 처리부가 더 포함될 수 있다.
모형선박의 축 기진력 계측장치는, 메인축, 제1 센싱부 및 제2 센싱부를 감싸는 중공원통형 튜브를 더 포함할 수 있다. 그리고, 메인축의 중간영역 및 제2 단부의 외주면과 튜브의 내주면 사이에 각각 개재되어, 메인축에 가해지는 힘을 지지하는 한 쌍의 베어링을 더 포함할 수 있다.
또한, 하판부의 외주면 및 튜브의 내주면 사이에 개재되어, 튜브 내로 물이 유입되는 것을 방지하는 실링부재를 더 포함할 수 있다. 이때, 튜브의 외주면에 설치되는 한 쌍의 브러시와, 메인축의 외주면에 배치되고 한 쌍의 브러시에 각각 전기적으로 접촉되어, 데이터 송신부로 전원을 인가하는 한 쌍의 슬립링이 더 포함될 수 있다. 그리고, 제1 센싱부 및 제2 센싱부 각각의 표면에는 방수 코팅재가 도포될 수 있다.
본 발명은 축계에 작용하는 6방향의 힘을 모두 측정할 수 있고, 데이터의 전송에 무선통신을 이용하여 기계적 접촉을 최소화함으로써 측정 오차가 감소되며, 축계를 한 쌍의 베어링으로 지지함으로써 진동의 발생을 최소화 할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 모형선박의 축 기진력 계측장치를 모형선박에 설치한 모습을 나타낸 도면이 도시되어 있고, 도 2에는 본 발명의 일 실시예에 따른 모형선박의 축 기진력 계측장치가 확대되어 도시되어 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 선형실험에 사용되는 모형선박(10)의 선체(11) 내에는 본 발명의 일 실시예에 따른 모형선박의 축 기진력 계측장치(100)가 설치된다. 선체(11)의 선미부에는 프로펠러(13) 및 방향타(15)가 설치된다.
축 기진력 계측장치(100)에는 구동부(101), 유니버설 조인트(103), 지지대(105), 튜브(110) 및 프로펠러(13) 등이 포함된다. 여기서, 유니버설 조인트(103)는 구동부(101) 및 튜브(110) 사이에 미소한 축계정렬의 오차가 있을 것을 대비하여 설치한 것이다.
튜브(110) 내에는 프로펠러(13)에 가해지는 6방향의 힘을 측정하기 위한 센싱부가 설치되는데, 이에 대해서는 도 3을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 3에는 본 발명의 일 실시예에 따른 모형선박의 축 기진력 계측장치의 내부구조가 도시되어 있다.
도 3을 참조하면, 메인축(140)의 제1 단부는 구동부(도 2의 101)에 연결되고, 제2 단부는 제1 센싱부(150)의 일단부에 연결된다. 제1 센싱부(150)의 타단부에는 제2 센싱부(160)의 일단부가 결합되며, 제2 센싱부(160)의 타단부에는 프로펠러(도 2의 13)가 설치된 프로펠러축(130)이 연결된다. 여기서, 메인축(140)의 제1 단부는 구동부(101) 방향, 제2 단부는 제1 센싱부(150) 방향을 지칭한다.
메인축(140), 제1 센싱부(150) 및 제2 센싱부(160)는 중공원통형의 튜브(110)의 내부에 삽입되어 감싸진다. 메인축(140)의 중간영역 및 제2 단부에는 각각 베어링(145, 146)이 개재되어, 메인축(140)에 가해지는 힘을 지지하며 튜브(110)에 대하여 회전 가능하게 지지한다.
여기서, 도면에는 생략되었으나, 메인축(140) 및 튜브(110)의 대부분의 길이는 두 베어링(145, 146) 사이에 포함된다. 즉, 메인축(140)은 양단부가 한 쌍의 베어링(145, 146)에 의해 지지되는 것으로 볼 수 있다.
도시되지는 않았으나, 메인축(140)이 하나의 베어링에 의해 지지된다고 가정하면, 그 베어링에 의해 지지되는 부분으로부터 프로펠러(13)까지는 자유단을 갖는 보로 가정할 수 있게 되므로, 프로펠러(13)의 회전에 의해 발생되는 여러 방향의 힘에 의해 메인축(140)에 매우 큰 진동이 발생될 수 있다.
또한, 도시되지는 않았으나, 메인축(140)이 세 개 이상의 베어링에 의해 지지된다고 가정하면, 가동오차 및 가공오차 등에 의해 세 개 이상의 베어링 중 두 개만이 주로 메인축(140)에 가해지는 힘을 지지하게 되므로, 프로펠러(13)의 회전에 의해 나머지 베어링들과 메인축(140) 사이의 충돌에 의해 진동이 발생될 수 있다.
따라서, 메인축(140)에는 한 쌍의 베어링(145, 146)만을 설치하여 메인축(140)이 회전할 때 안정적으로 지지되도록 한다.
메인축(140)의 일측에는 데이터 송신부(170)가 결합된다. 이때, 데이터 송 신부(170)는 메인축(140)의 외주면에 결합되어, 메인축(140)과 함께 회전하게 된다. 데이터 송신부(170)는 제1 센싱부(150) 및 제2 센싱부(160)에 내장된 센서들(도시되지 않음)에 의해 감지되는 데이터를 무선으로 송신하는 장치로, 전원의 공급이 필요하다. 도시되지 않은 센서들에 대해서는 아래에서 다시 설명하기로 한다.
따라서, 메인축(140)의 외주면에는 데이터 송신부(170)가 결합된 곳에 인접하게 배치되도록 한 쌍의 슬립링(171)을 설치하고, 튜브(110)의 외주면에는 한 쌍의 슬립링(171)에 전기적으로 접촉되는 한 쌍의 브러시(173)를 설치하여, 이 브러시(173)에 전원(도시되지 않음)을 연결함으로써, 데이터 송신부(170)에 전원이 인가되도록 한다.
이때, 모형선박의 축 기진력 계측장치(100)를 이용하여 실험을 행할 경우, 전원(도시되지 않음)에 물이 유입되는 것을 방지하기 위하여 브러시(173)가 설치된 부분에는 커버(113)를 설치할 수 있다. 커버(113)는 튜브(110)의 일단부에 결합된 지지부(111)에 의해 지지되는데, 지지부(111)의 단부는 베어링(147)을 이용하여 메인축(140)의 일단부에 회전 가능하게 지지되도록 할 수 있다.
메인축(140)의 데이터 송신부(170)가 결합된 부분으로부터 제1 센싱부(150)가 결합된 타단부까지, 메인축(140)의 중심부에는 통공(141)이 형성된다. 이 통공을 통하여 제1 센싱부(150) 및 제2 센싱부(160)에 설치된 센서들 및 데이터 송신부(170)가 서로 유선으로 연결된다. 즉, 제1 센싱부(150) 및 제2 센싱부(160)에 설치된 센서들에 연결된 전선들이 이 통공(141)을 통하여 데이터 송신부(170)와 전기적으로 연결된다.
제1 센싱부(150)의 일단부에는 그 외주면을 따라 홈부(142)가 형성되는데, 이 홈부(142) 및 튜브(110)의 내주면에는 오링과 같은 실링부재(143)가 개재된다. 실링부재(143)는 튜브(110)의 단부로부터 유입되는 물이 메인축(140)이 있는 부분까지 도달되지 않도록 한다.
제1 센싱부(150) 및 제2 센싱부(160)는, 프로펠러(13)에 가해지는 6방향의 힘을 측정하는 것으로, 이에 관하여는 도 4 및 도 5를 참조하여 설명하기로 한다.
도 4에는 본 발명의 일 실시예에 따른 모형선박의 축 기진력 계측장치의 제1 센싱부가 도시되어 있다.
도 4를 참조하면, 제1 센싱부(150)는 메인축(도 3의 140)의 제2 단부에 연결되는 하판부(151)와, 제2 센싱부(도 3의 160)의 일단부와 결합되는 상판부(152)와, 하판부(151) 및 상판부(152) 사이를 연결하는 네 개의 사각기둥부(153)로 구성된다.
여기서 하판부(151), 네 개의 사각기둥부(153) 및 상판부(152)는 일체로 형성될 수도 있고 별도로 제작되어 결합될 수도 있는데, 사각기둥부(153)는 외력에 의한 변형률이 동일하여야 하므로, 본 발명의 일 실시예에 따른 모형선박의 축 기진력 계측장치(100)에서는 일체로 형성된 것으로 한다.
네 개의 사각기둥부(153)는 메인축(140)의 중심축 방향에 나란하게 형성되고, 메인축(140)의 중심축을 기준으로 방사상으로 배치된다. 즉, 네 개의 사각기둥부(153)는, 마주보는 한 쌍을 서로 이은 선이 다른 한 쌍을 서로 이은 선과 수직하게 배치된다. 단, 본 명세서에서의 수직은 수학적이거나 기하학적인 수직을 지칭하 는 것이 아니라, 가공오차 등을 고려한 실질적인 수직을 지칭한다.
네 개의 사각기둥부(153) 각각은 직사각형 단면을 갖는다. 이 직사각형 중 단변측면, 즉 단변측에 형성되는 면이 메인축(140)의 중심을 향하도록 배치된다.
네 개의 사각기둥부(153) 각각에는 복수의 센서(S1, S2, S3, S4)가 결합되는데, 복수의 센서(S1, S2, S3, S4)는 직사각형의 장변측면, 즉 직사각형 중 장변측에 형성되는 면에 부착된다.
복수의 센서(S1, S2, S3, S4)의 수는 가감될 수 있으나, 본 발명의 일 실시예에 따른 모형선박의 축 기진력 계측장치(100)의 제1 센싱부(150)에는 네 개의 사각기둥부(153) 각각의 장변측면마다 네 개의 센서(S1, S2, S3, S4)가 부착된다.
여기서, 센서(S1, S2, S3, S4)로는 신축을 측정할 수 있는 것이 사용되는데, 본 발명의 일 실시예에 따른 모형선박의 축 기진력 계측장치(100)에서는 스트레인 게이지(strain gage)가 사용되며, 이후 센서(S1, S2, S3, S4)는 스트레인 게이지라 칭하기로 한다.
네 개의 사각기둥부(153) 중 하나의 한 면을 예로 들어 네 개의 스트레인 게이지(S1, S2, S3, S4)가 부착되는 위치를 설명한다.
네 개의 스트레인 게이지(S1, S2, S3, S4) 중 제1 스트레인 게이지(S1)는 사각기둥부(153)의 상단에 부착된다. 제2 스트레인 게이지(S2)는 사각기둥부(153)의 하단부에 설치된다. 제3 스트레인 게이지(S3)는 사각기둥부(153)의 중간부분에 설치되며, 제4 스트레인 게이지(S4)는 제2 스트레인 게이지(S2)에 인접한 부분 중, 메인축(140)의 중심축 방향과 나란하게 부착된다. 이 면에 반대되는 면 또한 네 개 의 스트레인 게이지(S1, S2, S3, S4)가 동일한 위치에 부착되며, 나머지 사각기둥부(153) 또한 마찬가지이다.
네 개의 스트레인 게이지(S1, S2, S3, S4) 중 제3 스트레인 게이지(S3)는 도 4에 도시된 방향축(서로 수직한 X, Y, Z축)을 예로 들었을 때, 메인축(140)의 중심축, 즉 Z축에 수직한 두 축(X축, Y축)으로 작용하는 모멘트(MX, MY)의 크기를 감지한다. 즉, 상판부(152)가 하판부(151)에 대하여 기울어지는 방향의 힘의 크기를 감지한다.
제1 스트레인 게이지(S1) 및 제2 스트레인 게이지(S2)는 메인축(140)의 중심축, 즉 Z축에 수직한 두 축(X축, Y축)으로 작용하는 힘(FX, FY)의 크기를 감지한다. 즉, 상판부(152)가 하판부(151)에 대하여 수평방향으로 이동하려는 힘의 크기를 감지한다.
제4 스트레인 게이지(S4)는 메인축(140)의 중심축 방향의 모멘트(MZ)의 크기를 감지한다. 즉, 상판부(152)가 하판부(151)에 대하여 회전하려는 힘의 크기를 감지한다.
이와 같이, 제1 센싱부(150)는 하판부(151)에 대하여 상판부(152)가 상대적으로 움직이려 하는 5방향의 힘을 감지하며, 도시되지는 않았으나 스트레인 게이지(S1, S2, S3, S4)는 모두 휘트스톤 브리지(Wheatstone bridge) 회로 중 풀 브리지(full bridge) 회로를 구성한다.
네 개의 사각기둥부(153)의 양면에 모두 스트레인 게이지(S1, S2, S3, S4) 를 부착하는 이유는, 네 개의 사각기둥부(153) 중 특정위치의 신축만을 감지하는 경우, 5방향의 힘 상호간에 영향을 주기 때문에, 상호간의 영향을 배제하고 특정 방향의 힘만을 감지할 수 있게 하기 위한 것이다.
하판부(151)의 중심부, 즉 하판부(151)와 메인축(140)의 중심축의 연장선과 만나는 부분에는 통공(154)이 형성된다. 이 통공(154)으로는 스트레인 게이지(S1, S2, S3, S4)에 연결된 전선들(도시되지 않음)이 삽입되어, 메인축(140)에 형성된 통공(141)을 거쳐 데이터 송신부(170)로 연결된다.
앞에서 언급했던 바와 같이, 하판부(151)의 하단부에는 그 외주면을 따라 홈부(142)가 형성되고, 홈부(142)에는 실링부재(143)가 결합된다. 따라서, 실링부재(143)는 하판부(151)의 외주면 및 튜브(도 3의 110 참조)의 내주면 사이에 개재되어, 튜브(110)의 프로펠러축(130) 방향의 단부로부터 튜브(110) 내로 물이 유입되는 것을 방지한다.
미설명부호인 체결부(155), 결합홈부(156) 및 통공(157)에 대해서는 아래에서 설명하기로 한다.
도 5는 내지 도 7에는 본 발명의 일 실시예에 따른 모형선박의 축 기진력 계측장치의 제2 센싱부가 도시되어 있다. 도 7은 도 6에 표시된 Ⅶ-Ⅶ 직선에 의한 단면을 나타낸 것이다. 도 5 내지 도 7을 함께 참조하여 설명하기로 한다.
제2 센싱부(160)의 일측에는 제1 센싱부(도 4의 150)의 타단부, 즉 상판부(도 4의 152)에 결합되는, 중공원통형의 림부(161)가 형성된다. 림부(161)의 하단부에는 직경이 축소된 형상의 결합돌기부(162)가 형성되는데, 이는 제1 센싱부(도 4의 150)의 상판부(152) 상단 내측에 형성된 결합홈부(156)의 내경에 상응한다. 따라서, 림부(161) 및 상판부(152)가 결합될 때 결합돌기부(162)가 결합홈부(156)에 삽입된다.
제2 센싱부(160)의 중심부 일측으로는 프로펠러축(130)의 일단부가 삽입되고, 림부(161)의 내주면 및 프로펠러축(130)의 일단부 사이에는 열십자(+) 형상의 박판부(163)가 형성되어 서로 연결된다. 이때, 림부(161), 박판부(163) 및 프로펠러축(130)의 일단부는 일체로 형성될 수 있고 별도로 제작되어 결합될 수도 있으나, 본 발명의 일 실시예에 따른 모형선박의 축 기진력 계측장치(100)에서는 일체로 형성된다.
림부(161)의 내주면 중 박판부(163)가 연결되지 않은 네 부분에는 각각 지지리브(164)가 돌출 형성되며, 각각의 지지리브(164)에는 내주면에 나사산(도시되지 않음)이 형성된 체결공(165)이 형성된다. 체결공(165) 각각의 위치는 제1 센싱부(150)의 상판부(152) 상단에 형성된 체결부(155) 각각의 위치에 상응된다.
따라서, 제1 센싱부(150)의 타단부에 제2 센싱부(160)의 일단부가 결합될 때, 도시되지 않은 볼트와 같은 체결부재를 체결부(155)에 각각 삽입한 후, 체결공(165)의 내주면에 형성된 나사산에 체결부재의 단부를 결합시키는 방법을 사용할 수 있다.
박판부(163)의 열십자 형상의 가장자리 부분의 양면에는 스트레인 게이지(S5)가 부착된다. 즉, 스트레인 게이지(S5)는 8개이며, 스트레인 게이지(S5)는 프로펠러축(130)의 중심축으로부터 모두 같은 거리만큼 이격 되어 부착되고, 스트 레인 게이지(S5) 중 서로 마주보는 한 쌍을 잇는 직선은 다른 한 쌍을 잇는 직선과 수직을 이루는 위치에 각각 부착된다.
스트레인 게이지(S5)가 상술한 바와 같은 위치에 부착되는 이유는, 프로펠러(13)로부터 프로펠러축(130)으로 전달되는 여러 방향의 힘 중 프로펠러축(130)의 중심축 방향의 힘만을 스트레인 게이지(S5)로 감지하기 위한 것으로, 프로펠러축(130)이 림부(161)를 중심으로 어느 한 쪽으로 기울어지려는 힘의 방향 등에 의한 영향을 배제시키기 위한 것이다.
따라서, 제2 센싱부(160)는 프로펠러축(130)의 중심축 방향의 힘만을 감지하는데, 이는 제1 센싱부(150)에서 감지하지 않는 방향의 힘이다. 그러므로, 제1 센싱부(150) 및 제2 센싱부(160)를 이용하면 6방향의 힘(도 5에 표시한 FX, FY, FZ, MX, MY, MZ)을 모두 감지할 수 있다.
스트레인 게이지(S5) 또한 데이터 송신부(170)와 유선으로 연결된다. 이때, 전선(도시되지 않음)은 박판부(163) 및 지지리브(164) 사이에 형성된 틈 및 상판부(152)에 형성된 통공(157)을 경유하여 하판부(151)의 통공(154) 및 메인축(140)의 통공(141)을 거쳐 데이터 송신부(170)로 연결될 수 있다. 이때, 스트레인 게이지(S5)에 연결된 도시되지 않은 전선에 의해 박판부(163)의 변형이 방해 받지 않도록, 전선은 가급적 지지리브(164)의 표면에 최대한 밀착시킨다.
한편, 다시 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 모형선박의 축 기진력 계측장치(100)를 모형선박(10)에 설치하여 선형시험을 행하는 경우, 실링부 재(143)가 설치된 위치까지 물이 튜브(110) 내측으로 유입된다. 따라서, 제1 센싱부(150) 및 제2 센싱부(160)는 물에 잠기게 되므로, 스트레인 게이지(S1, S2, S3, S4, S5)가 침수되어 오동작을 할 우려가 있다.
이를 방지하기 위하여, 제1 센싱부(150) 및 제2 센싱부(160)의 스트레인 게이지(S1, S2, S3, S4, S5)가 설치된 부분에는 방수 코팅재를 도포하여 스트레인 게이지(S1, S2, S3, S4, S5)에 물이 접하게 되는 것을 방지할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 모형선박의 축 기진력 계측장치의 데이터 통신부 및 데이터 처리부가 도시되어 있다.
도 8을 참조하면, 데이터 송신부(170)에는 증폭기(175), A/D컨버터(176), 송신기(177) 및 표시장치(178)가 포함되고, 데이터 처리부(180)에는 수신기(181) 및 컴퓨터(182)가 포함된다.
스트레인 게이지(S1, S2, S3, S4, S5)에 의해 감지된 저항값의 변화, 즉 전기적 신호는 매우 작기 때문에 연산증폭기(op-amp)와 같은 증폭기(175)를 이용하여 증폭시킨다.
증폭된 신호는 아날로그 신호로서, 아날로그 신호를 표시할 수 있는 표시장치(178)로 표시하여, 실험 중에 스트레인 게이지(S1, S2, S3, S4, S5)의 이상 등을 파악할 수 있게 한다.
그리고, 증폭된 신호는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D컨버터(Analog-Digital Converter, 176)를 이용하여 디지털 신호로 변환한다. 디지털 신호는 송신기(177)를 이용하여 코드화 된 전자기파로 변환하여 무선 송신한다.
수신기(181)는 이 신호를 수신하여 다시 디지털 신호로 변환하고, 컴퓨터(182)는 이 디지털 신호를 저장 및 분석하여, 제1 센싱부(150) 및 제2 센싱부(160)에 의해 감지된 6방향의 힘을 계측하게 된다.
스트레인 게이지(S1, S2, S3, S4, S5)에 의하여 감지된 신호를 무선통신을 이용하여 수신하게 함으로써, 메인축(140)에 다수의 슬립링을 설치하지 않게 된다. 상술한 바와 같이, 스트레인 게이지(S1, S2, S3, S4, S5)의 신축 감지에 의해 출력되는 전기적 신호는 약하기 때문에, 슬립링을 이용하여 전달하는 경우 많은 노이즈가 감지 신호에 포함되어 정밀한 계측이 어려워지는 경우가 많다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 모형선박의 축 기진력 계측장치는, 다수의 슬립링을 이용하지 않고 스트레인 게이지(S1, S2, S3, S4, S5)에 의한 감지신호를 무선으로 수신하게 함으로써, 제1 센싱부(150) 및 제2 센싱부(160)에 작용하는 6방향의 힘을 정밀하게 계측할 수 있게 된다.
그러므로, 모형선박(10)의 프로펠러축(130) 및 메인축(140)에 작용하는 6방향의 힘에 의한 기진력을 정밀하게 측정하여, 실제 선박의 축계에 작용하는 기진력이 최소화 될 수 있게 할 수 있다.
이상에서 본 발명의 일 실시예에 따른 모형선박의 축 기진력 계측장치에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 모형선박의 축 기진력 계측장치를 모형선박에 설치한 모습을 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 모형선박의 축 기진력 계측장치를 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 모형선박의 축 기진력 계측장치의 내부구조를 나타낸 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 모형선박의 축 기진력 계측장치의 제1 센싱부를 나타낸 도면.
도 5는 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 모형선박의 축 기진력 계측장치의 제2 센싱부를 나타낸 도면.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 모형선박의 축 기진력 계측장치의 데이터 통신부를 나타낸 도면.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10: 모형선박 11: 선체 13: 프로펠러
15: 방향타 110: 튜브 130: 프로펠러축
140: 메인축 150: 제1 센싱부 160: 제2 센싱부
170: 데이터 송신부 180: 데이터 처리부

Claims (12)

  1. 구동부;
    상기 구동부에 제1 단부가 연결된 메인축;
    상기 메인축의 제2 단부에 일단부가 연결되고, 상기 메인축의 중심축 방향의 모멘트의 크기 및 상기 메인축의 중심축 방향에 각각 수직이면서 서로 수직인 두 축방향의 모멘트 각각의 크기와, 상기 서로 수직인 두 축방향의 힘 각각의 크기를 감지하는 제1 센싱부; 및
    상기 제1 센싱부의 타단부에 일단부가 결합되고 타단부에 프로펠러가 결합되어, 상기 메인축의 중심축 방향의 힘의 크기를 감지하는 제2 센싱부를 포함하는 모형선박의 축 기진력 계측장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 센싱부는,
    상기 메인축의 제2 단부에 연결된 하판부;
    상기 제2 센싱부의 일단부에 결합된 상판부;
    각각의 횡단면은 직사각형이고, 상기 직사각형의 단변측면이 상기 메인축의 중심방향을 향하도록 방사상으로 배치되며, 상기 하판부 및 상기 상판부를 연결하는 네 개의 사각기둥부; 및
    상기 네 개의 사각기둥부의 상기 직사각형의 장변측면에 각각 부착된 복수의 스트레인 게이지를 포함하는 것을 특징으로 하는 모형선박의 축 기진력 계측장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 스트레인 게이지는 상기 네 개의 사각기둥부 각각의 하단부에 서로 인접하게 두 개, 중간부분에 한 개, 상단부에 한 개가 부착된 것을 특징으로 하는 모형선박의 축 기진력 계측장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제2 센싱부는,
    상기 제1 센싱부의 타단부에 결합된 중공원통형의 림부;
    상기 프로펠러 및 상기 림부의 내주면을 연결하는 열십자 형상의 박판부가 형성되고,
    상기 박판부의 상기 열십자 형상의 가장자리 부분의 양면에 각각 부착된 여덟 개의 스트레인 게이지를 포함하는 것을 특징으로 하는 모형선박의 축 기진력 계측장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 메인축에 결합된 데이터 송신부를 더 포함하고,
    상기 메인축의 중심부에는 상기 데이터 송신부가 결합된 부분으로부터 상기 메인축의 타단부까지 통공이 형성되며,
    상기 하판부 및 상판부 각각의 중심부에는 상기 메인축의 축방향으로 통공이 형성되어,
    상기 스트레인 게이지들 및 상기 데이터 송신부가 상기 통공들을 통하여 서로 유선으로 연결된 것을 특징으로 하는 모형선박의 축 기진력 계측장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 데이터 송신부는,
    상기 스트레인 게이지들 각각의 신호를 증폭하는 증폭기;
    상기 증폭기에 의해 증폭된 아날로그 신호를 표시하는 표시장치;
    상기 증폭된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D컨버터; 및
    상기 디지털 신호를 전자기파로 변환하여 무선 송신하는 송신기를 포함하는 모형선박의 축 기진력 계측장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 송신기가 발하는 상기 전자기파를 수신하여 상기 디지털 신호로 변환하는 수신기와, 상기 디지털 신호를 저장 및 분석하는 컴퓨터를 포함하는 데이터 처리부를 더 포함하는 모형선박의 축 기진력 계측장치.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 메인축, 상기 제1 센싱부 및 상기 제2 센싱부를 감싸는 중공원통형 튜브를 더 포함하는 모형선박의 축 기진력 계측장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 메인축의 중간영역 및 제2 단부의 외주면과 상기 튜브의 내주면 사이에 각각 개재되어, 상기 메인축에 가해지는 힘을 지지하는 한 쌍의 베어링을 더 포함하는 모형선박의 축 기진력 계측장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 하판부의 외주면 및 상기 튜브의 내주면 사이에 개재되어, 상기 튜브 내로 물이 유입되는 것을 방지하는 실링부재를 더 포함하는 모형선박의 축 기진력 계측장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 튜브의 외주면에 설치되는 한 쌍의 브러시; 및
    상기 메인축의 외주면에 배치되고 상기 한 쌍의 브러시에 각각 전기적으로 접촉되어, 상기 데이터 송신부로 전원을 인가하는 한 쌍의 슬립링을 더 포함하는 모형선박의 축 기진력 계측장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 제1 센싱부 및 상기 제2 센싱부 각각의 표면에는 방수 코팅재가 도포되어 있는 것을 특징으로 하는 모형선박의 축 기진력 계측장치.
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